艾砂磨机在黄金氰化生产细磨工艺中的应用研究

钱 虎，徐忠敏，熊宗彪，李俊杰

(1.招金矿业股份有限公司； 2.浙江艾领创矿业科技有限公司)

引 言

氰化提金生产中磨矿是必不可少的工序，其目的是将金解离出来，便于后续氰化浸出[1-2]，而磨矿成本约占氰化生产直接成本的20 %。招金矿业股份有限公司(下称“招金矿业”)某金矿氰化生产多年来一直采用小型球磨机和钢球介质进行磨矿，磨矿工艺为球磨机与水力旋流器组成的闭路磨矿分级工艺，最终产品细度-0.037 mm占90 %～92 %。这种磨矿方式存在诸多弊端：一是设备数量多、占地面积大、噪声高，仅1个氰化车间就有12台球磨机，操作、维护人员投入多；二是磨矿成本居高不下，球磨机钢球消耗高，维修费用高；三是产品粒级分布不合理，产品粒级受分级影响[3]，如果继续提高磨矿细度，电耗和钢球消耗将继续攀高；四是大量使用钢球，增加后续生产工艺铁屑污染，石灰和氰化钠消耗升高，影响氰化浸出效果。为解决氰化细磨成本高、钢球消耗大等问题[4]，该金矿与浙江艾领创矿业科技有限公司合作，先后进行了新型细磨设备——艾砂磨机[5]ALC-100 L和ALC-1 000 L 的中试及工业试验研究。工业试验采用1台 ALC-1 000 L艾砂磨机及1套配套给料系统，用以替代4台φ1540溢流型球磨机[6]，取得了理想的效果，表明艾砂磨机在氰化细磨[7]工艺中具有较强的优势。艾砂磨机为矿物加工细磨设备，在国外已应用20余年，磨矿效果好，将磨矿与分级合而为一，流程简单易操作，仅开路磨矿即可得到合格产品。

1 样品性质

试验样品为金矿石浮选后获得的金精矿，其中可利用的元素主要是金、银、铜、铅、锌、铁、硫，有害元素砷、锑、碳因含量较低对回收影响不大。试验样品化学成分分析结果见表1。

表1 试验样品化学成分分析结果

X射线衍射分析是根据不同矿物晶体结构不同，对样品中主要矿物成分进行定性分析，结果见图1。

图1 样品X射线衍射谱图

根据X射线衍射分析结果,该样品中主要矿物成分为黄铁矿、石英、微斜长石，其他矿物成分含量较低。采用扫描电镜及能谱仪对黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、石英等矿物进行了观察分析，结果见图2、图3。

图2 黄铁矿、闪锌矿、方铅矿嵌布状态

图3 黄铜矿、闪锌矿、黄铁矿、石英嵌布状态

由镜下观测结果可知：样品中金属矿物主要有黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿等，其中黄铁矿含量最多，闪锌矿次之，方铅矿、黄铜矿含量极少，各种金属矿物大多呈现单体解离状态；非金属矿物主要为石英。

2 艾砂磨机

艾砂磨机具有高效节能、设备占地面积小、投资基建省、维修简便等优点，且磨矿产品粒度分布窄，可有效避免磨矿过程中的过磨和欠磨[8]，开路磨矿工艺可实现闭路磨矿效果。ALC-1 000 L艾砂磨机装机功率400 kW，最大处理量15 t/h，满足单系列处理量280～300 t/d的要求，在给料细度-0.037 mm占45 %～50 %的前提下实现磨矿产品细度-0.037 mm占90 %的细磨需求。艾砂磨机结构见图4，ALC-1 000 L艾砂磨机基本参数见表2。

图4 艾砂磨机结构示意图

3 试验工艺流程

艾砂磨机安装于氰化车间磨矿工段最东侧空地，占地8 m×2 m×3 m。磨矿工艺采用开路磨矿，氰化原料给料端增加筛分和搅拌给料系统，艾砂磨机磨矿出料直接进入现有碱浸浓密机与后续工艺相衔接。试验工艺流程见图5。

表2 ALC-1 000 L艾砂磨机基本参数

图5 试验工艺流程

4 结果与讨论

4.1 中试试验

艾砂磨机所用介质为纳米陶瓷球(下称“纳米球”)[9-10]，该纳米球主要应用于金属矿山二段球磨。其理化指标为Al2O3≥80 %、Fe2O3≥11 %、SiO2≥7 %、CaO≥1 %、其他≤1 %。

1)1.8～2.0 mm纳米球试验。在保证磨矿细度-0.037 mm占90 %的前提下，选用球径为1.8～2.0 mm 纳米球，分别进行不同给料浓度对比试验，考察处理量及电耗等指标，结果见表3。

表3 1.8～2.0 mm纳米球试验结果

由表3可知：采用1.8～2.0 mm纳米球时，艾砂磨机实际电耗为30 kW·h/t以上，处理量最高达到1.0 t/h，预估所用介质球径偏小，后续进行了3.0～4.0 mm纳米球试验。

2)3.0～4.0 mm纳米球试验。试验结果见表4。

由表4可知：采用3.0～4.0 mm纳米球进行磨矿，艾砂磨机处理量为1.46 t/h，电耗仅为20.26 kW·h/t，球耗100.53 g/t，效果较好，因此选用3.0～4.0 mm纳米球进行后续工业试验。

表4 3.0～4.0 mm纳米球试验结果

4.2 工业试验

通过改变介质充填率、除杂筛网尺寸，考察两方面问题：一是量的考察，即考察磨矿产品细度在达到现状-0.037 mm占90 %～92 %时，艾砂磨机的最大处理能力；二是质的考察，即考察磨矿产品细度在-0.037 mm占90 %的基础上提高至93 %～95 %时，艾砂磨机的处理能力和单耗。

4.2.1 量的考察

在保证磨矿产品细度-0.037 mm占90 %～92 %的前提下，以期实现处理能力为280～300 t/d。基于前期小型试验结果，磨矿介质选用中试试验所用3.0～4.0 mm纳米球，该球堆密度2.16 g/cm3。

艾砂磨机初装球1 000 kg，充填率55 %。试验过程中根据效果调整充填率、筛网尺寸，充填率由55 % 最终调整至82 %，筛网由5目、10目、20目最终调整至40目。试验过程中通过调整给料泵、给料管路直径、机封水(使用碱浸工艺循环水，过滤后使用，不额外补加新水)、电动机风扇方向、筛下矿浆下料口位置等，最终达到稳定给料。试验原则是在磨矿产品细度合格的前提下，调节给料泵频率、给料量，从而稳定生产，指标见表5。

表5 ALC- 1 000 L艾砂磨机运行指标

由表5可知：在稳定给料的前提下，该艾砂磨机平均处理量达283.3 t/d，期间装球量为1 475 kg，充填率82 %，每天补加球25 kg，球耗88 g/t；主机运行线速度较高，电流和功率基本满负荷，电耗相对球磨机略有上升，平均为31.35 kW·h/t；给料浓度平均为36.7 %，给料流量平均为23.1 m3/h，给料细度-0.037 mm 占42.67 %～52.00 %。

4.2.2 质的考察

在磨矿产品细度-0.037 mm占90 %～92 %的基础上，提高磨矿细度-0.037 mm占比至93 %～95 %，考察其处理能力及单耗。2021年4月8—17日ALC- 1 000 L艾砂磨机运行指标见表6。

由表6可知：在提高质的同时，也就是排料细度-0.037 mm占比提高至95.16 %时，艾砂磨机处理量为202.98 t/d，处理量虽有下降，但功率消耗明显降低，电耗降为25.4 kW·h/t，此时主机线速度和给料浓度均有降低，更符合生产加料现状，易操作。试验期间最佳装球量为1 400 kg，充填率78 %，球耗97～140 g/t，除杂筛网为40目，给料细度-0.037 mm占41.00 %～49.50 %。

表6 2021年4月8—17日ALC-1 000 L艾砂磨机运行指标

4.3 磨矿成本

1)球磨机成本分析。4台φ1540溢流型球磨机易损件及折旧只计主体设备，折旧计提1.18元/t(每台球磨机原价约30万元)。4台φ1540溢流型球磨机备件消耗见表7。

表7 4台φ1540溢流型球磨机备件消耗

2)艾砂磨机成本分析。1台ALC-1 000 L艾砂磨机易损件只计主体设备，折旧计提2.35元/t(主体设备按240万元计算)。ALC-1 000 L艾砂磨机易损件消耗见表8。

表8 ALC-1 000 L艾砂磨机易损件消耗

3)综合成本分析。试验过程中纳米球球耗在90～140 g/t，在此按150 g/t计入成本。按电费0.6元/(kW·h)，钢球价格5 100元/t，纳米球价格35 000元/t计，易损件单耗及折旧均按300 t/d处理量摊销，具体成本对比结果见表9。

表9 球磨机与艾砂磨机磨矿成本对比

由表9可知：艾砂磨机磨矿成本下降明显，质的提高取得了良好效果；相对于球磨机，艾砂磨机在磨矿产品细度同比提高5.16百分点的情况下，球耗+电耗成本下降了13.32元/t，同比下降了39.40 %，计入易损件及折旧费用，综合成本下降了7.29元/t(辅助设备估算成本按1元/t计入)，同比下降了20.15 %。由于试验时间有限，未能完全测试其易损件的耐磨性及使用周期。艾砂磨机电费只计算了主机功率，辅助设备振动筛(1.5 kW)、给料泵(15 kW)及机封水泵(3 kW)没有单独计算，在成本核算中以1元/t暂估计入。

4.4 指标对比

为了考察磨矿细度提高对浸出效果的影响，在每批次配矿(根据不同矿区矿石性质进行配矿)给料前均进行磨矿细度对比浸出试验。多批次对比试验结果见表10。

由表10可知：随着磨矿细度的提高，金浸出率均有不同幅度的提高；氰渣金品位平均降低0.10 g/t，金浸出率同比提高0.26百分点。

5 结 论

1)根据招金矿业某金矿金精矿性质，通过磨矿介质球径对比试验表明，采用球径为3.0～4.0 mm纳米球作为磨矿介质，艾砂磨机处理能力最大，效果较优。

2)通过对艾砂磨机量与质的考察可知，单纯追求单台设备处理能力，经济效益并不明显，而以提高磨矿细度为前提，降低能耗，提高氰化金浸出率，可实现经济效益最大化。

表10 多批次对比试验结果

3)研究结果表明，1台ALC-1 000 L艾砂磨机在排料细度-0.037 mm达到95.16 %时，处理量为202.98 t/d，磨矿综合成本最低，与球磨机相比磨矿成本同比下降了20.15 %。同时，磨矿介质为纳米球，杜绝了钢球介质的铁屑污染对金回收的影响，间接地降低了药剂消耗。此外，通过对比试验表明，提高磨矿细度可提高氰化金浸出率，经济效益和社会效益显著。